DE1473019C - Volumetnscher Durchflußmesser ohne bewegliche Teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen volumetrischen Durchfiußmesser ohne bewegliche Teile mit wenigstens zwei Leitungen verschiedenen Durchmessers, einer am Eingang angeordneten Vorrichtung, die das durch eine Leitung mit kleinerem Durchmesser hindurchströmende Medium in einen wirbelnden Zustand versetzt, und mit einem Meßfühler, der so weit stromabwärts von der Verwirbelungsvorrichtung angeordnet ist, daß er die Frequenz der Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels des in die erweiterte Leitung übetretenden Mediums anzeigt.

Diese bekannte Gattung von volumetrischen Durchflußmessern vermeidet die Nachteile der bekannten volumetrischen Durchflußmesser, die mit bewegten Teilen wie Turbinenläufern, Flügelrädern od. dgl. arbeiten.

Ein bisher bekanntgewordenes Ausführungsbeispiel solcher volumetrische Durchflußmesser ohne bewegliche Teile benutzt nun als Verwirbelungsvorrichtung eine in die erste Leitung von kleinerem Durchmesser eingeschaltete Spiralkammer. Dieser Spiralkammer wird das zu messende Medium durch einen tangential eintretenden Leitungsabschnitt zugeführt und tritt dann an zentraler Stelle axial aus, bevor es in die größeren Durchmesser aufweisende Leitung übertritt. Die bei diesem bekannten Durchflußmesser erforderliche Spiralkammer hat einen Durchmesser, der die Durchmesser beider Leitungen erheblich überschreitet, und überdies tritt auch eine Umlenkung des zu messenden Stromes ein.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Verwirbelungsvorrichtung zu vereinfachen, Durchmessererhöhungen und Umlenkungen zu vermeiden und gleichzeitig die Meßeigenschaften zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß die stromaufwärts von dem Meßfühler angeordnete Verwirbelungsvorrichtung aus im Leitungsinneren fest angebrachten Leitflächen besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird vorgesehen,' daß der stromaufwärts von der Durchmessererweiterung liegenden engeren Leitung stromaufwärts eine die Verwirbelungsvorrichtung aufnehmende, erweiterte Leitung vorgeschaltet ist, die den: gleichen Durchmesser hat, wie die stromabwärtige, erweiterte Leitung zum Auslassen des Mediums. Γ '

Zweckmäßige . Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße; Ausgestaltung hat gegenüber einer tangential angeströmten Spiralkammer den Vorteil, daß der Durchflußmesser in jede normale, durchgehende Leitung mit im weiten Bereich beliebigem Durchmesser einfach eingebaut werden kann. Ein wichtiger Vorteil liegt auch darin, daß die fest im Leitungsinneren angebrachten Leitflächen zu einer linearen Beziehung zwischen der Frequenz der Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels und der Geschwindigkeit des Durchflußmediums führen. Bei Verwendung eines tangentialen Einlasses ist eine solche lineare Beziehung nicht in ausreichendem Maß verwirklicht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß die festen Leitflächen auch zu einem im wesentlichen konstanten Verhältnis zwischen der Strouhalzahl und der Reynoldszahl führen, wobei dieses Verhältnis für Wasser und Luft das gleiche ist. Bei Benutzung eines Tangentialeinlasses ändert sich demgegenüber die Strouhalzahl bei verschiedener Reynoldszahl.
Während bei Verwendung eines Tangentialeinlasses der Strömungswinkel des Mediums sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und für Wasser und Luft ändert, bleibt der Strömungswinkel bei Verwendung von festangebrachten Leitflächen für alle Geschwindigkeiten und auch für Wasser und

ίο Luft der gleiche.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht des volumetrischen Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Ansicht des das Medium leitenden Rohres mit daran angesetzter Rohrerweiterung,

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen des Rohraufbaues und

Fig. 5, 6, 7 und 8 Meßfühler zur Verwendung beim volumetrischen Durchflußmesser nach der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist schematisch der Aufbau des volumetrischen Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine ein Medium enthaltende Leitung 20 und eine weitere Leitung 22 sind durch eine Erweiterung 24 miteinander verbunden, die aus einem rechtwinklig zur Leitpng 20 angesetzten Rohrteil bestehen kann. Die Erweiterung 24 kann jedoch auch konisch an die Leitung 20 angesetzt sein (Fig. 2).

Innerhalb der ersten Leitung 20 sind aus Schaufel- oder Flügelkörpern bestehende Leitflächen 26 angeordnet, um das durch die Leitung 20 strömende Medium in eine wirbelnde Bewegung zu versetzen.

Die zur Verwirbelung dienenden Leitflächen können, wie bereits ausgeführt wurde, aus festen Schaufeln bestehen, die innerhalb der Leitung 20 angebracht sind; es kann sich auch um Leitungswindungen handeln oder um Flügel, die an der Innenfläche der Leitung 20 fixiert sind. Beim Betrieb des volumetrischen Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfin-.,, dung hat sich herausgestellt, daß die Linearität de? Gerätes, d. h. also die lineare Beziehung zwischen ; Geschwindigkeit und Frequenz, von der Bauweise der Leitflächen abhängt. Ein linear arbeitendes Gerät erhält man dann, wenn feste Schaufeln mit einem gegebenen Austrittswinkel bezüglich der Leitungsachse verwendet werden. Meßfühler 28 sind bezüglich der Leitflächen 26 so angebracht, daß. sie die Drehung oder Frequenz der fortschreitenden Wirbelbewegung des Mediums abfühlen bzw. feststellen können. : "

Durch die 8μβ Leitflächen bestehende Verwirbelungsvorrichtung wird, dem Medium eine Verwirbelungskomponente erteilt, indem Druckenergie in kinetische Energie umgeführt wird; das auf diese Weise verwirbelte Medium wird daraufhin, wie sich insbesondere aus Fig. 1 und 2 ergibt, einer Leitung mit sich veränderndem Querschnitt zugeführt. Das auf diese Weise verwirbelte und innerhalb der Leitung geführte Medium nimmt einen Zustand hydrodynamischer Instabilität ein, wobei das Niederdruckzentrum des verwirbelten Mediums mit bestimmter Fre-

Claims (10)

1. 3 4

   quenz um die Mittelachse der Leitung präzessiert. körper, also allgemein Leitflächen innerhalb der Lei-

   Diese Präzession kann als Verwirbelungspräzession tung 22 angebracht werden.

   bezeichnet werden. Untersuchungen haben ergeben, daß eine Erweite-

   Auf Grund der genannten Präzessionsbewegung rung des Querschnitts zwischen der ersten Leitung bestehen Geschwindigkeits-, Druck- und Tempera- 5 20 und der zweiten Leitung22 von der Größe 2:3 turschwankungen im Medium, da z. B. der Druck im gute Meßergebnisse zeitigt; darüber hinaus hat sich Zentrum des verwirbelten Mediums geringer ist als herausgestellt, daß eine Verwirbelung ohne Störung an anderer, beliebiger Stelle des Mediums. Bei einer oder Beeinträchtigung der Präzessionsbewegung erbestimmten Winkellage zur Leitung ändert sich in- zielt werden kann, wenn die Leitflächen 26 innerhalb folgedessen der Druck zwischen Maximal- und Mini- io der Leitung an einem Punkt angebracht werden, welmalwerten. Druckempfindliche Meßfühler 28 sind eher zwei Durchmesser stromaufwärts des Erweitegeeignet, die Frequenz der Verwirbelungspräzession rungsbereichs der Leitung liegt,
   anzuzeigen. Der Meßfühler wird vorteilhafterweise In F i g. 2 ist ein volumetrischer Durchflußmesser in Berührung mit dem in der Leitung befindlichen dargestellt, bei welchem die Erweiterung 24 in koni-Medium gebracht, wobei piezoelektrische Kristalle, 15 scher Form an die Leitung 20 angesetzt ist und in die mit Membrankörpern arbeitende Druckwandler Leitung 22 übergeht. Auf diese Weise erzielt man u.dgl. eingesetzt werden können, um die Druck- eine allmähliche Erweiterung des Querschnitts und Schwankungen aufzuzeigen. Es sind auch geschwin- damit eine Verringerung des Druckabfalls, welchem cfigkeitsempfindliche Geräte, wie Anemometer ver- das Medium ausgesetzt ist, wenn es von einer Leiwendbar, um die Geschwindigkeitsschwankungen des 20 tung mit kleinerem Querschnitt abrupt in eine Lei-Mediums zu messen. In gleicher Weise können tem- tung größeren Querschnitts geführt wird,
   peraturempfindliche Geräte, wie Thermoelemente In Fig. 3 ist ein volumetrischer Durchflußmesser " u. dgl. eingesetzt werden, um die Temperaturschwan- dargestellt, bei dem die das Medium zum erfindungskungen des in einer Präzessionsbewegung geführten gemäßen Gerät führende Leitung den gleichen Mediums anzuzeigen. Die druck- (F i g. 5), geschwin- 25 Durchmesser hat wie die Leitung, welche das Medium digkeits- (Fig. 6 und 7) und temperaturempfind- vom erfindungsgemäßen Durchflußmesser ableitet, liehen Meßfühler (Fig. 8) sind in der Zeichnung Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindargestellt. . dung ist die zweite Leitung 22 mit der als Auslaß

   Bei Inbetriebnahme des volumetrischen Durch- dienenden Leitung 34 über einen Verbindungsteil 36 flußmessers nach der vorliegenden Erfindung wird 30 verbunden; der Verbindungsteil 36 kann rechtwinklig das Medium der ersten Leitung 20 zugeführt; die angeordnet sein öder konisch verlaufen, wie in Leitflächen26 versetzen das Medium, welches Gas Fig. 3 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsfonn oder Flüssigkeit sein kann, in einen wirbelnden der Erfindung kann die Entwirbelungsvorrichtung 32 Zustand. Durch die in Fig. 1 bei 30 dargestellte innerhalb der zweiten Leitung22 vorgesehen sein, so Erweiterung der Leitung 20 wird der Strömung des 35 wie es in F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Die genannte Mediums eine hydrodynamische Instabilität erteilt, Entwirbelungsvorrichtung kann jedoch auch innerwas bedeutet, daß die Mittellinie der verwirbelten halb der als Auslaß dienenden Leitung 34 befestigt Strömung eine konische Form innerhalb der Leitung werden, wie durch Bezugsnummer 38 in Fig. 3 dareinnimmt, und zwar derart, daß sich die Drehachse gestellt ist. Untersuchungen haben ergeben, daß bei des verwirbelten Mediums um die Leitungsachse 4° der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der dreht. Je größer die Geschwindigkeit des Mediums Erfindung eine Länge der Leitung 22 von etwa zwei ist, desto schneller präzessiert die Achse des verwir- Durchmessern ausreicht, um zufriedenstellende Meßbelten Mediums. Da die Präzession eine Winkel- ergebnisse zu erzielen.

   geschwindigkeit ist, kann sie als Umdrehungen pro In Fig. 4 ist ein Aufbau des volumetrischen Zeiteinheit oder als Drehfrequenz bezeichnet werden. 45 Durchflußmessers dargestellt, bei welchem die Lei-Da der Meßfühler in bestimmter Winkellage zur Lei- tung 20 einen kleineren Querschnitt hat als die Leitung angeordnet ist, fühlt er Maximal- oder Minimal- tung 40, aus welcher sie das Medium aufnimmt. Die werte an Druck, Temperatur oder Geschwindig- Leitung 40 weist kreisförmigen Querschnitt auf und keit ab. ist mit der Leitung 20 durch einen Verbindungsteil

   Ein an den Meßfühler angeschlossener Wandler 50 42 verbunden. Der Verbindungsteil 42 ist so ausgeerzeugt elektrische Signale, welche mit einer der bildet, daß ein Minimum an Druckabfall entsteht. Strömungsgeschwindigkeit zugeordneten Frequenz Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die auftreten. Um die Strömungsgeschwindigkeit zu be- aus Leitflächen 26 bestehende Verwirbelungsvorrichstimmen, ist ein Frequenzmesser 27 an den Wandler tung innerhalb der Leitung 40 oder innerhalb der angeschlossen, der die Zahl der Maximal- oder Mini- 55 Leitung 20 angebracht sein. Die zum Ableiten des malwerte z. B. in Schwingungen pro Sekunde angibt. Mediums dienende Leitung 22 ist mit der Leitung 20 Ein Summierer 29 steht mit dem Frequenzmesser in über eine Erweiterung 24 verbunden, welche so ausVerbindung und nimmt die Gesamtzahl der Schwin- gebildet ist, daß ein Minimum an Druckabfall im gungen in einem bestimmten Zeitabschnitt auf. So Medium entsteht. Die Entwirbelungsvorrichtung 32 gibt der Frequenzmesser die augenblickliche Strö- 60 kann innerhalb der zweiten, zum Ableiten des Memungsgeschwindigkeit wieder, während der Sum- diums dienenden Leitung 22 angebracht sein. Der mierer die Gesamtströmung während eines bestimm- Durchmesser der Leitung 22 kann dem der Leitung ten Zeitabschnitts anzeigt. 40 entsprechen oder eine andere Größe aufweisen.

   Es können Entwirbelungsvorrichtungen 32 in der

   Leitung 22 (F i g. 1) vorgesehen sein, um einen Anteil 65 Patentansprüche:
   des Druckverlustes, welcher durch die Leitflächen 26

   erzeugt wurde, wieder auszugleichen. Als Entwirbe- 1. Volumetrischer Durchflußmesser ohne be-

   lungsvorrichtungen können feste Schaufeln, Flügel- wegliche Teile mit wenigstens zwei Leitungen

   verschiedenen Durchmessers, einer am Eingang angeordneten Vorrichtung, die das durch eine Leitung mit kleinerem Durchmesser hindurchströmende Medium in einen wirbelnden Zustand versetzt, und mit einem Meßfühler, der so weit stromabwärts von der Verwirbelungsvorrichtung angeordnet ist, daß er die Frequenz der Präzession des Niederdruckzentrums des Wirbels des in die erweiterte Leitung übertretenden Mediums anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts, von dem Meßfühler (28) angeordnete Verwirbelungsvorrichtung (26) aus im Leitungsinnereri (20, 40) fest angebrachten Leitflächen besteht.
2. 2. Volumetrischer Durchflußmesser nach An-Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen eine zur Strömung eingestellte, fixierte Stellung aufweisen.
3. 3. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (20, 22) verschiedenen Durchmessers durch eine konische Erweiterung (24) verbunden sind.
4. 4. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts von der Durchmessererweiterung (22) eine. Entwirbelungsvorrichtung (32) vorgesehen ist.
5. 5. Volumetrischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzmesser (27) und ein Summierer (29) an den Meßfühler (28) angeschlossen sind.
6. 6. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckempfindlicher Meßfühler verwendet wird (F i g. 5).
7. 7. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindlicher Meßfühler verwendet wird (F i g. 8).
8. 8. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschwindigkeitsempfindlicher Meßfühler verwendet wird (F i g. 6 und 7).
9. 9. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erweiterte Leitung (22) eine als Auslaß dienende Leitung (34) folgt, die gleichen Durchmesser hat, wie die das Medium einlassende Leitung.
10. 10. Volumetrischer Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärts von der Durchmessererweiterung liegenden engeren Leitung (20) stromaufwärts eine die Verwirbelungsvorrichtung aufnehmende, erweiterte Leitung (40) vorgeschal_r tet ist, die den gleichen Durchmesser hat, wie die strom abwärtige, erweiterte Leitung (22) zum Auslassen des Mediums.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen